开关电器灭弧原理
真空断路器灭弧原理和方法分析-民熔
真空断路器灭弧原理和方法-民熔真空断路器，系三相交流50Hz额定电压为12KV的电力系统的户内开关设备，民熔真空断路器作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。
适用于要求在额定工作电流下的频繁操作，或多交开断短路电流的场所。
灭弧是断路器的重要应用之一，电弧不仅会损坏设备线路，还会影响人身安全。
一般来说，常用的灭弧方法有四种，包括机械灭弧、磁吹弧等。
本文介绍了常用的灭弧方法和几种常用断路器的原理。
首先讨论了常用的灭弧方法，包括以下四种：1机械灭弧：限位装置使电弧迅速拉长。
这种方法常用于开关器件。
2灭磁弧：在与触头串联的磁吹线圈产生的磁场作用下，在电磁力的作用下拉长电弧，吹入由固体介质组成的灭弧罩内，与固体介质接触，使电弧冷却熄灭。
3窄缝（纵缝）灭弧方法：在电弧形成的磁场的电场作用下，电弧被拉长，进入灭弧罩窄（纵）槽内。
将纵向电弧分为若干段并与之接触的固体弧段迅速熄灭。
这种结构主要用于交流接触器。
4栅极灭弧法：当触头分离时，所产生的电弧在电力的作用下被推入一组金属光栅中，并分成若干段。
每一块相互绝缘的金属网格相当于一个电极，因此正负极之间会有许多电压降。
对于交流电弧，当电弧过零时，阴极附近会出现150V～250V的介电强度，使电弧无法维持和熄灭。
由于栅极灭弧效果比直流灭弧效果强得多，在交流电器中常采用栅极灭弧。
这些方法主要针对一些低压断路器。
为了了解使用这些方法的原因，有必要阐明断路器的灭弧原理。
以下是一些常用断路器的讨论。
真空断路器中断电弧原理。
真空断路器在分闸瞬间，由于触头间存在电容，两触头间的绝缘被击穿，产生真空电弧。
由于触头的形状和结构，真空弧柱迅速向弧柱外的真空区扩散。
当开断电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧无法维持和熄灭。
灭弧后几μs内，触头间真空间隙的耐压水平迅速恢复。
同时，触头也能达到一定的距离，并能承受较高的恢复电压。
因此，过零后电弧再燃不会切断总电流。
这就是灭弧的原理。
开关电器中几种常用的灭弧方法
★速拉法：拉长电弧有利于散热和带电质点的复 合和扩散，开关电器中普遍使用的一种方法。
具体方法：
a 加快触头的分离速度，如采用强力断路弹簧。 目前，高压断路器的分闸速度已经从1m/s提高到 16m/s。
b 采用多断口。在触头行程、分闸速度相同的情 况下，多一个或几个断口，电弧被拉长速度成倍增 加，因此能提高灭弧能力。
填料式熔断器属于狭 缝灭弧法。
★真空灭弧法：真空具有较高的绝缘强度。
★ SF6灭弧法 ： SF6气体具有优良的绝缘性能和 灭弧性能。
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★冷却法：降低电弧的温度，使电弧中的高温游 离减弱。
基本的灭弧方法之一。 ★吹弧法：利用外力吹动电弧， 使电弧 分割成许多个串 联的短弧。 常用于低压交流 开关中。
★粗弧分细法：将粗大的电弧分成若干平行 的细小的电弧。
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★狭沟灭弧法：依靠磁场 的作用，将电弧驱入耐弧 材料制成的 狭缝中以加 强电弧的冷却。
继电器灭弧方法
继电器灭弧方法继电器是一种常见的电器设备，用来控制电流的开关。
在继电器工作时，由于电流的切断和闭合，会产生电弧现象。
电弧是由电流在断开和闭合过程中产生的电火花，具有高温、高能量的特点。
电弧的存在会对继电器的正常工作造成干扰和损坏，因此需要采取灭弧方法来解决这个问题。
继电器灭弧方法主要有以下几种：1. 空气灭弧法空气灭弧法是最常见的灭弧方法之一。
它利用空气在电弧中的吹断作用，将电弧切断。
在继电器的触点之间设置一定距离的间隙，当电流切断时，电弧会在间隙中产生。
由于空气的吹断作用，电弧会被迅速熄灭。
这种方法简单易行，成本低廉，但对于大电流的灭弧效果较差。
2. 惰性气体灭弧法惰性气体灭弧法利用惰性气体的特性来灭弧。
常见的惰性气体有氮气、氩气等。
在继电器的触点之间填充惰性气体，当电流切断时，电弧会在气体中产生。
惰性气体的化学性质稳定，不易与电弧产生反应，因此可以有效地灭弧。
惰性气体灭弧法适用于大电流和高压的情况，但需要专门的设备来生成和控制惰性气体。
3. 真空灭弧法真空灭弧法是利用真空环境来灭弧。
在继电器的触点之间建立真空环境，当电流切断时，电弧由于缺乏传导介质而无法维持，从而被迅速熄灭。
真空灭弧法可以有效地灭弧，同时还能避免电弧对触点材料的腐蚀和损坏。
但真空灭弧法的设备成本较高，维护和维修也比较困难。
4. 液体灭弧法液体灭弧法是利用液体的特性来灭弧。
常见的液体灭弧介质有矿油、硅油等。
在继电器的触点之间填充液体灭弧介质，当电流切断时，电弧会在液体中产生。
液体的密度和粘度可以有效地抑制和熄灭电弧，从而实现灭弧的目的。
液体灭弧法适用于中小型继电器，但对于大电流和高压的情况效果有限。
继电器灭弧方法有空气灭弧法、惰性气体灭弧法、真空灭弧法和液体灭弧法等。
不同的灭弧方法适用于不同的继电器工作环境，需要根据实际情况选择合适的方法。
灭弧方法的选择和设计对于继电器的正常工作和寿命具有重要影响，需要在工程设计中进行充分考虑。
列举现代开关电器采用的灭弧方法
列举现代开关电器采用的灭弧方法
现代的开关电器采用的灭弧方法各具特色，它们在提高了安全性、可靠性和功耗方面起到
巨大的作用。
下面我们从几种典型的灭弧方法来谈谈：
一、空气灭弧
空气灭弧是一种在开关导体之间形成电流弧的过程，当异常电流达到某个值时，空气电弧
会自动开始被分解，并在空气中消失，从而起到终止有害电弧的作用。
空气灭弧可以很好
地降低开关电器的功耗，而且电器本身不会被损坏，因此具有很高的可靠性。
二、油浸灭弧
油浸灭弧是一种用油浸没的开关电器来灭弧的方法，这种电器包含了一定数量的油浴，在
这种条件下，当异常电流通过时，油浴中的灰尘会和电流一起产生火花现象，从而使电弧
分解而熄灭。
这种方法的灭弧效果较为完善，可靠性高，但油浴的使用可能带来安装和维
护的不便。
三、温度灭弧
温度灭弧也被称为温度熔断，是指采用异步电机的温度检测机制来熔断特定电流，使电流
通断从而灭弧。
这种方法可以有效降低功耗，可以阻止大异常电流出现，相较于传统的灭
弧方法具有更高的安全性和可靠性。
以上三种灭弧方法都可以用于现代的开关电器，起到非常重要的作用，不仅可以节约能源、提高效率，而且可以在很大程度上保障用户的安全。
4 电弧的产生和熄灭
一、电弧的危害和特点 1. 电弧的概念
当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头 刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。 现象：开关电器开断电路时，触头间产生耀眼的白光。 电弧的存在说明电路中有电流，只有当电弧熄灭，触头 间隙成为绝缘介质时，电路才算断开。
一、电弧的危害和特点
3、碰撞游离
从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极 运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生 碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性 质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称 为碰撞游离。 4、热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很
谢谢
温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧柱内
部流过。
4. 电弧的危害
（1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间， 加重了电力系统短路故障的危害。 （2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏 绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。
（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造
3、吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到 弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导 下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按 吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种。 1. 吹弧气流产生的方法有： （1）用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器 中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路 器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解 为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧 能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦 打开吹口，即形成高压气流吹弧。
电弧的原理
电弧电弧当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于80~100mA，电器的触头间便会产生电弧。
电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。
因此，在了解开关电器的结构和工作情况之前，首先来看看其是如何产生和熄灭的。
电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。
开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E = U/d)。
当电场强度超过3×10---6---V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。
这种游离方式称为：强电场发射。
从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。
只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A = mv2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。
这种现象称为碰撞游离。
新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。
碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。
触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。
电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。
同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达10000℃以上)，气体中性质点的不规则热运动速度增加。
当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。
随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。
在开关电器的触头间，发生游离过程的同时，还发生着使带电质点减少的去游离过程。
电弧是一种空气导电的现象，在两电极之间产生强烈而持久的放电现象，称为电弧。
电弧的能量集中，温度极高，亮度很强。
例：10kv QF 断开20kv的电流，电弧功率达到一万kw以上。
电弧由阴级区、阳极区和弧柱区组成。
开关电器典型灭弧装置的工作原理[专业知识]
图5-5a表示一单纵缝灭弧装 置的原理结构。图中，1为用耐弧 绝缘材料制成的灭弧室壁，2为磁 吹线圈的钢夹板，3为电弧。
通常上部缝宽小于熄灭电弧 的直径。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
由图5-6可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭 弧装置中电弧的“伏—安特性”随电弧电流增加而下降的 程度比自由燃弧时的“伏—安特性”下降程度要缓得多， 特别当电流很大时，E可以认为是常数。
随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的提高，电弧的 “伏—安特性”也将升高，这表明灭弧能力也随之增强。
采用多纵缝可以减小电弧进入上部窄缝的阻力，在驱 动电弧运动的电磁力给定时，可以采用比单纵缝灭弧室更 小的缝隙。这使灭弧空壁对电弧的冷却和消电离作用更强。
(10) 利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展 和加强冷却。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
一、简单开断
在大气中利用机械方式
拉长电弧进行灭弧的原理与
图例。
（1）原理：电弧放长后，
图5-2 刀开关中的电弧拉长情况
电弧电压就增大，其静态伏 1— 闸刀 2—静触头 3—电弧
-安特性向上移动。
2．磁吹灭弧装置； 4．绝缘栅片灭弧装置； 6．固体产气灭弧装置，
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概述
7．石英砂灭弧装置； 8．变压器油灭弧装置； 9．压缩空气灭弧装置； 10．SF6灭弧装置； 11．真空灭弧装置。 此外，为了增加灭弧装置的开断能力，通常可以采用 下列辅助方法： 1．在弧隙两瑞并联电阻； 2. 附加同步开断装置； 3．附加晶闸管装置。
高压继电器灭弧原理
高压继电器灭弧原理继电器是现代电气系统中常见的一种电器设备，它通过控制一个电路的开关状态来控制另一个电路。
在高压电气系统中，高压继电器起到了关键的作用。
然而，当高压继电器断开高压电路时，由于断开电路中的电流，会产生电弧现象。
电弧不仅会导致能量损失，还会对电气设备造成损坏。
为了解决高压继电器中的电弧问题，研发出了高压继电器灭弧技术。
高压继电器灭弧原理是利用特定的电弧灭弧装置来迅速熄灭电弧，以保护电气设备的安全运行。
高压继电器灭弧原理的核心是利用电弧灭弧装置对电弧进行控制。
电弧灭弧装置通常由灭弧室、灭弧器和触头组成。
当高压继电器断开电路时，电流中断，电弧产生。
电弧灭弧装置通过将电弧引导至灭弧室，利用灭弧室内的介质来熄灭电弧。
灭弧室内的介质可以是气体、油或真空等。
灭弧器起到了将电弧引导至灭弧室的作用。
灭弧器一般由一对金属触头构成，当电弧产生时，灭弧器通过触头将电弧引导至灭弧室。
触头的材料通常是高导电和高耐热的金属，如铜、银等。
触头起到了传递电流的作用。
当高压继电器闭合电路时，触头通过电流将电弧维持在灭弧室内，使电弧得以熄灭。
高压继电器灭弧原理的关键在于控制电弧的产生、传导和熄灭过程。
通过合理设计电弧灭弧装置的结构和参数，可以有效实现高压继电器的灭弧功能。
除了电弧灭弧装置的设计，还可以采用其他方式来实现高压继电器的灭弧功能。
例如，利用电磁力来迅速分离触头，断开电路，避免电弧产生。
这种方式被称为磁吹灭弧原理。
高压继电器灭弧原理是通过电弧灭弧装置来控制电弧的产生和熄灭，以保护电气设备的安全运行。
电弧灭弧装置的设计和选择对于高压继电器的性能和可靠性具有重要影响。
通过不断研究和创新，可以进一步提高高压继电器灭弧技术的效果，确保电气设备的安全运行。
章 灭弧原理及开关电器
结论
通常，对中性点直接接地系统，两相接地断路及单 相接地故障时的工频恢复电压均较三相接地故障为低， 且认为三相直接短路的机会较少，故根据三相接地短路 时的故障，取首先开断相开断系数为1.3；
而对中性点不接地系统，一般以三相短路故障（接 地或不接地都相同）为最高，即首先开断相开断系数为 1.5。若计及在中性点不接地系统中的异地两相接地故 障，则计算短路电流开断相的工频恢复电压最大值， K1=1.73。该异地两相接地故障，通常是单相接地故障 的继发故障，且接地故障发生在断路器的不同侧的两相 处。
Ur(t)
Ur(t)
Ur(t)
o t1
to
to
t
介质强度和弧隙电压的恢复过程
(a)在t1时刻发生 击穿，电弧重燃
(b)电弧熄灭
(c)电弧熄灭
第二节 切断交流电路时电压的恢复过程
一、弧隙电压恢复过程分析 u
U0
Ur 非周期性
Ur0
t
u
2U0
1
U0
2 周期性
Ur0
t
结论：
1）当触头间并联电阻r<rcr时，电压恢复过程为非周期性； 当r>rcr时，电压恢复过程为周期性。
3. 利用灭弧介质或电流磁场吹动电弧。吹弧使带电离子扩散和强烈地冷 却而复合。在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油 产生巨大的压力并有力的吹向弧隙。有纵吹，横吹，纵、横混合吹弧 或环吹方式。
4. 采用多断口熄弧（1）多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下， 增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。
第三节 交流电弧熄灭的基本方法
1. 利用灭弧介质。介质的传热能力、介电强度、热游温度和热容量等参 数的数值越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄灭。采用不同介 质可以制成不同类型的断路器，如空气断路器，油断路器、SF6断路器， 真空断路器等。
第五章开关电器典型灭弧装置的工作原理
§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 2、即使在油中简单地位长电弧，其灭弧能力也比在大气 中拉长电弧高得多。这是因为： (1) 油气的主要成分是氢，它在所有气体中具有最高 的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发。 (2) 在电弧的高温作用下，油的气化和分解过程非常 剧烈。油气形成后由于受到周围冷油的阻碍，体积不能迅速膨 胀，因而气泡中压力很高，通常可达（0.5~1）MP。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
为缓和上述矛盾，可以通过适当选择磁吹线圈的匝数以及铁心和 钢夹板的截而积，使得开断小电流时磁场加强，在开断大电流时则由于 磁路饱和而磁场不致过强。这样，电弧所受到的电动力将不再随开断电 流成平方倍数地增加。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 三、 纵缝灭弧装置
当磁场的方向为垂直于纸面
向里时，电弧AB、BC和CD段所受
B
的电动力都使电弧压向绝缘栅片
顶部，增大与栅片表面的接触面
积，从而加强了电弧的冷却和消
电离作用；而DE段所受的电动力
使电弧向上拉长，更加深入栅片
间隙和增加电弧与绝缘栅片的接
被面积。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 除此以外，电弧AB段和EF段相互作用产生一相吸电动 力、CD段和EF段相互作用产生一相斥电动力，使AB、CD和E F段压向绝缘册片；CD段和EF段对DE段相互作用也产生一相 斥电动力，使DE段向上运动。 这种灭弧装置充分利用了电弧自身磁场产生的电动力。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
六、固体产气灭弧装置
某些固体绝缘材料如钢纸(亦称反白)、有 机玻璃等，在电弧的高温作用下能迅速气化， 产生大量主要成分为氢及其化合物的气体。